Αυτός είναι ο λόγος που τα άλογα εξελίχθηκαν σε αθλητές αντοχής

Αυτή η μετάλλαξη υπερφορτίζει την παραγωγή ενέργειας στα μυϊκά κύτταρα, ενώ διατηρεί έξυπνα υπό έλεγχο το οξειδωτικό στρες – ένα αξιοσημείωτο εξελικτικό χακ που εξηγεί την απαράμιλλη αντοχή των αλόγων.

Ακόμη πιο συναρπαστικό, αυτή η προσαρμογή περιλαμβάνει την επανακωδικοποίηση ενός γενετικού σήματος «stop» σε ένα ενεργό μέρος του γονιδίου, ένα τέχνασμα που προηγουμένως υπήρχε μόνο στους ιούς.

Η μετάλλαξη KEAP1 ενισχύει την αντοχή του αλόγου

Οι επιστήμονες ανακάλυψαν έναν βασικό λόγο πίσω από την αξιοσημείωτη αντοχή των αλόγων: μια μετάλλαξη στο γονίδιο KEAP1 που ενισχύει την παραγωγή ενέργειας ενώ βοηθά στην προστασία των κυττάρων από το οξειδωτικό στρες. Αυτή η ανακάλυψη αποκαλύπτει μια μοναδική εξελικτική προσαρμογή που έχει συμβάλει στη θέση του αλόγου ως ενός από τους πιο ισχυρούς αθλητές της φύσης και θα μπορούσε επίσης να προσφέρει πληροφορίες σχετικές με την ανθρώπινη υγεία.

Συγκεκριμένα, η προσαρμογή περιλαμβάνει την επανακωδικοποίηση ενός κωδικονίου λήξης, συνήθως ενός σήματος για τον τερματισμό της παραγωγής πρωτεΐνης, σε ένα λειτουργικό αμινοξύ. Αυτή η γενετική επανακωδικοποίηση, που προηγουμένως πιστευόταν ότι συμβαίνει μόνο σε ιούς, δείχνει πώς ένας σπάνιος μηχανισμός μπορεί να υποστηρίξει την προσαρμογή στα σπονδυλωτά.

Φυσιολογική Δύναμη Αθλητών Ιπποειδών

Τα άλογα από καιρό θαυμάζονταν για την ταχύτητα και την αντοχή τους, ειδικά δεδομένου του μεγάλου σωματικού τους μεγέθους. Διαθέτουν εξαιρετικά φυσιολογικά χαρακτηριστικά, συμπεριλαμβανομένης της εξαιρετικής ικανότητας να προσλαμβάνουν, να κυκλοφορούν και να χρησιμοποιούν οξυγόνο. Η μέγιστη κατανάλωση οξυγόνου τους (VO2max) είναι υπερδιπλάσια από αυτή των επίλεκτων ανθρώπων αθλητών.

Οξειδωτικό στρες: Το κρυφό κόστος της απόδοσης

Μέρος αυτής της απόδοσης προέρχεται από τα μυϊκά τους κύτταρα, τα οποία είναι γεμάτα με μιτοχόνδρια για να τροφοδοτούν την παραγωγή ενέργειας. Ωστόσο, αυτή η υψηλή μιτοχονδριακή δραστηριότητα δημιουργεί επίσης μεγάλες ποσότητες δραστικών ειδών οξυγόνου (ROS), μορίων που μπορούν να βλάψουν κύτταρα και ιστούς. Μέχρι τώρα, τα συγκεκριμένα βιολογικά συστήματα που επιτρέπουν στα άλογα να εξισορροπούν αυτήν την ενεργειακή παραγωγή με προστασία από την οξειδωτική βλάβη παρέμεναν ασαφή.

Διερεύνηση KEAP1 σε θηλαστικά

Για να αντιμετωπίσουν αυτό το κενό γνώσης, ο Gianni Casiglione και οι συνεργάτες του διεξήγαγαν μια εξελικτική ανάλυση του γονιδίου KEAP1 - βασικό ρυθμιστή της ισορροπίας οξειδοαναγωγής και της παραγωγής μιτοχονδριακής ενέργειας - σε 196 είδη θηλαστικών.

Το KEAP1 αναγνωρίζεται ως σημαντικός στόχος στην επιστήμη της άσκησης και έχει εμπλακεί σε πολλαπλές ασθένειες του ανθρώπου, όπως ο καρκίνος του πνεύμονα και η χρόνια αποφρακτική πνευμονοπάθεια (ΧΑΠ).

Η μετάλλαξη που ξαναγράφει τους κανόνες

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα σύγχρονα άλογα, καθώς και τα γαϊδούρια και οι ζέβρες, έχουν εξελίξει μια μοναδική γενετική προσαρμογή που περιλαμβάνει ένα κωδικόνιο πρόωρης διακοπής (UGA) στο γονίδιο KEAP1.

Χρησιμοποιώντας φυλογονιδιωματικές, πρωτεομικές και μεταβολομικές αναλύσεις, μαζί με μελέτες ζωντανών ιστών, οι συγγραφείς ανακάλυψαν ότι αντί να περικόψει την πρωτεΐνη, αυτό το κωδικόνιο τερματισμού επανακωδικοποιείται αποτελεσματικά σε κυστεΐνη (C15) στα άλογα, ενισχύοντας τη λειτουργικότητα του γονιδίου.

Ισορροπημένη ώθηση για ενέργεια και προστασία

Σύμφωνα με τα ευρήματα, αυτή η μετάλλαξη ενός σημείου μειώνει την καταστολή του NRF2, μιας πρωτεΐνης που μετριάζει το οξειδωτικό στρες, με αποτέλεσμα την αυξημένη μιτοχονδριακή αναπνοή και την παραγωγή ATP.

Ενώ η υπερβολική δραστηριότητα NRF2 μπορεί να είναι επιβλαβής σε άλλα θηλαστικά, αυτή η προσαρμογή φαίνεται να παρέχει στα άλογα μια ισορροπημένη λύση – ενισχύοντας την παραγωγή μιτοχονδριακής ενέργειας ενώ ελέγχεται το οξειδωτικό στρες.